Het toedienen van medicijnen is een terugkerend raadsel bij de behandeling van kanker. Wetenschappers hebben veel geneesmiddelen tegen kanker ontwikkeld. Maar die medicijnen beschadigen vaak gezonde weefsels, en medicijnen kunnen zelfs in de bloedbaan worden afgebroken voordat ze de tumorplaats bereiken. Geneesmiddelen tegen kanker kunnen langer meegaan als ze worden opgelost in bepaalde chemische oplossingen, maar velen komen met potentieel giftige bijwerkingen.

Nanodeeltjes zijn een veelbelovend type medicijnafgiftesysteem. Ook bekend als nanodragers, deze kleine deeltjes kunnen zich aan medicijnen binden en ze beschermen tegen afbraak totdat ze tumorcellen binnendringen. Maar hun effectiviteit als medicijndragers en medicijnbeschermers, evenals mogelijke toxiciteit bij patiënten, hangt sterk af van hun grootte, samenstelling en chemische eigenschappen. Het balanceren van deze concurrerende factoren is een delicaat proces. Hoewel onderzoekers de afgelopen tien jaar aanzienlijke vooruitgang hebben geboekt op het gebied van nanogeneeskunde, het bleef een enorme uitdaging om kleine, stabiele nanodeeltjes die voldoende medicijnen zouden kunnen leveren om solide tumoren te behandelen.

Eerder dit jaar kondigden wetenschappers van de Universiteit van Washington aan dat ze zo'n evenwichtsoefening hebben bereikt met een op nanodeeltjes gebaseerd medicijnafgiftesysteem dat een krachtig antikankermedicijn veilig door de bloedbaan kan vervoeren. Zoals ze rapporteren in een paper gepubliceerd in mei in Materialen vandaag , hun nanodeeltje is afgeleid van chitine, een natuurlijk en organisch polymeer dat, onder andere, vormt de buitenste schil van garnalen.

Het team, geleid door Miqin Zhang, een UW-hoogleraar materiaalkunde en engineering en neurologische chirurgie, aangetoond dat hun van chitine afgeleide systeem met succes Taxol kan vervoeren, een krachtig middel tegen kanker dat ook bekend staat als paclitaxel, door de bloedbaan en remt de groei en verspreiding van tumoren, ook wel metastase genoemd, in muizen. De nanodeeltjes vertoonden geen nadelige bijwerkingen, waarschijnlijk omdat ze gedeeltelijk zijn afgeleid van natuurlijk voorkomend polymeer.

"Dit zou de basis kunnen vormen van een nieuwe klasse van nanodeeltjesafgiftesystemen die geneesmiddelen tegen kanker veilig door het lichaam kunnen transporteren, zonder toxische bijwerkingen van het nanodeeltjesmateriaal, " zei Zhang, die ook facultair onderzoeker is bij het UW Institute for Nano-Engineered Systems en het Molecular Engineering and Sciences Institute.

De nanodeeltjes, eenmaal geladen met Taxol, zijn ongeveer 20,6 nanometer in diameter. Dat is ongeveer 1/4000ste van de breedte van een mensenhaar, volgens het Amerikaanse National Nanotechnology Initiative. De deeltjes zijn klein genoeg om door bloedvaten te reizen en potentieel compacte tumorplaatsen te bereiken.

Zhang's team begon met het laden van Taxol-deeltjes op veel langere strengen chitosan, een materiaal afgeleid van chitine. De nanovezels breken af ​​om nanodeeltjes te vormen wanneer ze worden blootgesteld aan serum, een bloedeiwit, hetzij in het laboratorium of in het lichaam. Onderzoekers toonden aan dat met medicijnen beladen nanovezels, wanneer geïnjecteerd in muizen, snel afgebroken tot de kleine nanodeeltjes - dankzij serumeiwitten in het bloed - en vrij in de bloedbaan konden circuleren, organen binnendringen en tumorplaatsen bereiken.

Het team onderwierp met Taxol geladen nanodeeltjes aan een spervuur ​​​​van experimenten om te zien wat ze met tumoren konden doen. In celculturen van borstkankercellen van muizen, de meeste kankercellen vertoonden 48 uur na de behandeling tekenen van celdood, wat aangeeft dat met nanodeeltjes geassocieerde taxol kankercellen zou kunnen binnendringen en de celgroei minstens zo goed zou kunnen belemmeren als vrij zwevende taxol. In muizen, Taxol-geladen nanovezels, die uiteenviel in nanodeeltjes, toonde 90% remming van borsttumorgroei vergeleken met ongeveer 66% remming voor Taxol geïnjecteerd in de klinische oplossing die tegenwoordig algemeen wordt gebruikt. De nanodeeltjes remden ook de groei van melanoomtumoren bij muizen tot 75%. In afzonderlijke experimenten bij muizen, Met taxol geladen nanodeeltjes voorkwamen ook de verspreiding van borstkanker naar andere delen van het lichaam, in tegenstelling tot Taxol in een klinische oplossing.

Naast deze veelbelovende bevindingen met tumoren, het team ontdekte dat de nanodeeltjes Taxol langer in de bloedbaan hielden, waardoor het medicijn meer tijd heeft om de tumorplaats te bereiken. In de bloedbaan van muizen, de halfwaardetijd van taxol-geassocieerde nanodeeltjes was bijna 25 uur, vergeleken met minder dan 2 uur voor Taxol geïnjecteerd in de klinische oplossing. Muizen geïnjecteerd met de nanovezels vertoonden geen tekenen van toxische bijwerkingen, wat aangeeft dat de nanodeeltjes zelf geen schade aanrichtten aan weefsels. In tegenstelling tot, de klinische oplossing die tegenwoordig veel voor Taxol wordt gebruikt, kan levertoxiciteit veroorzaken bij muizen, onder andere bijwerkingen.

Zhang is van mening dat de van chitosan afgeleide nanodeeltjes de basis zouden kunnen vormen van een niet-toxisch medicijnafgiftesysteem voor kanker dat therapieën langer in het lichaam houdt om tumorgroei en metastase te remmen.

"Dit is een veelbelovende bevinding. Veel medicijnafgiftesystemen die tegenwoordig worden gebruikt voor geneesmiddelen tegen kanker, hebben giftige bijwerkingen, en bescherm het medicijn niet lang in het lichaam van de patiënt, " zei Zhang. "De nanodeeltjes hebben alle kenmerken die je zou kunnen hopen om het medicijn in tumorcellen te krijgen. De kleine op chitosan gebaseerde nanodrager, ter plaatse gemaakt, met unieke biocompatibiliteit en biologische afbreekbaarheid, biedt een nieuwe strategie voor de levering van geneesmiddelen tegen kanker en heeft een groot potentieel voor snelle vertaling naar de kliniek."